Yarıştan sonra motoru bir temizleyeyim dedim, ayrıca data logger projemizin kafada oturma aşaması için sensör kartı üzerinde bazı ölçümler yaptım. Bu vesileyle motor sensörü hakkında bir yazı yazayım dedim.
Yazacaklarım RC model üzerinde kullanılan 540 size motor üzerine yazılmış olsa da, sonuçta sensored BLDC motordan bahsediyoruz. Temel fikir aynıdır.
BLDC motor sensörü hakkında birşeyler yazmadan önce, BLDC yani brushless DC motordan bahsetmem lazım.
BLDC = Brushless DC = Fırçasız DC Motor nedir, fırçalı motordan farkı nedir?
Çok ayrıntılı açıklamak isterdim ama asıl amacım Hobbywing motorun sensör kartının çıkışlarını ve skop görüntülerini paylaşmak olduğu için uzatamayacağım. Fırçalı motorda sargılar rotor üzerindedir yani rotor elektromıknatıstır. Komütatör ve motor kömürleri marifetiyle rotor (armatür de deniyor) üzerindeki sargılar sırayla beslenerek elektromıknatıs oluşturulmakta, motorun stator denen dış kısmındaki sabit mıknatıslarla etkileşime girerek hareket oluşmakta. Oyuncak motoru tabir edilen ufak motorlar fırçalı motora örnektir. Pili iki ucuna bağlayıp hareket üretebilirsiniz. Bu motor çeşidinde komütatöre sürekli temas eden motor kömürleri sürekli bir aşınma halindedir, gerek grafit tozunun rulmanları kilitlememesi, gerekse kömürün bitip motorun çalışmaz hale gelmemesi için periyodik bakım şarttır.
Fırçasız motorda iş karışık, tepetaklak da diyebiliriz. Bu motor çeşidinde mıknatıs dönüyor, elektromıknatıs sabit. Hareket ise stator sargılarına sırayla elektrik uygulayarak veriliyor. Bu sistemde (en az) 3 adet tel olur, dolayısıyla pili direk bağlayıp motora hareket veremezsiniz. Elektronik sistemler (RC aleminde ESC) marifetiyle sargılara hangi sırayla gerilim verileceği tesbit edilir ve verilir.
Sensörlü motor nedir ve niye tercih edilir?
Sensör her cins motorda değişik şekillerde olabilir. RC aleminde sensörlü motor denilince anlaşılan şey “sensörlü fırçasız motor” olduğu için buradaki konumuz bu.
BLDC motorda sargılara sırayla elektrik verildiğini söylemiştik. Peki bu sırayı ESC neye göre biliyor?
Motorunuz sensörsüz ise bilmiyor. Sensörsüz BLDC motorda en zor olan şey ilk kalkıştır. Rotorun pozisyonu bilinmediği için ESC hangi sarımlara elektrik vereceğini de bilmemekte. Burada deneme yanılma ve tepkilerin ölçülmesi ile ESC’niz ilk kalkışı verir. Fakat bu deneme yanılma vakit kaybettirir, ayrıca sert ve dengesiz bir kalkış ile karşı karşıya kalınır. Hareket verilse dahi sorunlar bitmez, ESC halen rotor pozisyonunu bilmemektedir. Burada da biraz tahmin ve back emf zero crossing metoduyla pozisyon alınır, hareket devam eder.
Peki motor sensörlü ise ne olur?
Rotor konumunu ESC bilir, ilk kalkışta “hmm hangi sarımlara elektrik versem” gibi bir düşünceye gark olmaz. Bu yüzden kesin ve düzgün bir kalkış yapmak sensörlü motorlarla mümkündür. Ayrıca “ara gaz” tepkileri de yukarıda bahsettiğim back emf ve zero crossing ölçümleriyle kasmadan direk rotor pozisyonu bilinerek işlendiği için çok daha iyidir.
Peki sensör nedir, neyi sens ediyor, nasıl ediyor?
Rotor pozisyonunu okuduğunu söylemiştik. Nasıl okuyor kısmına gelelim. Rotor dediğimiz şey mıknatıstır. Dolayısıyla bize manyetik alanı okuyan bir şey lazım. Bu uygulamada kullanılabilecek iki devre elemanı var, birisi reed switch, diğeri ise hall sensor. Reed switch mekanik bir eleman sayılabilir, üstelik cam dışı kırılgandır. Haldır huldur yürüyecek bir RC motorunda tercih edilmiyor, dolayısıyla hall sensör kullanılıyor. Rotorun altında stator sargılarıyla paralel konumlandırılan 3 adet hall sensor, rotor konumunu manyetizmadan yararlanarak okuyup ESC’ye bildirmekte.
Esas konu,
Hobbywing motorun sensör yapısı ve bağlantıları
(Fotoğraf üzeri yazıları İngilizce yazdım, yabancı forumlara da ekliyorum)
Fotoğraflarda motorumuzun sensör kısmı görülüyor. Hall sensorlar hakkında bir bilgi bulamadım, SMD markinglerden bir yere gidemedim yani. Ama ölçümlerden yanlış anlamadıysam latching çıkış veren bir hall sensor. 5V çıkış veriyor.
Motor sıcaklığını da bir diyotla halletmişler. Diyodun sahip olduğu negative temperature coefficient sayesinde ısındıkça gerilim düşüyor, ESC de bunu okuyup kesiyor vs.
Bağlantılar fotoğraf üzerinde işaretlendi, ihtiyacı olana.
Temizliği yaptığımıza göre gelelim sensörü sökme sebebimize.
Yukarıda sensor outputlarının birinden alınmış görüntüyü görüyorsunuz. Skop üzerinden digital filter uygulayarak bu “temizliğe” getirdim. Ortamdaki aşırı elektriksel gürültüden olsa gerek, sinyalde bayağı glitch-spike vardı.
13.5T motorda boost/turbo makul seviyede açıktı, değerlerini hatırlamıyorum kartla bakıp yazarım. Yukarıda tam gaz görüntüsü var. Frequency counter da sağ altta.
1282Hz, sensor alignment ve rotor kutuplarını yanlış yorumlamıyor isem saniyede 1282 devir demek. ~77000 RPM! Bu değer, aracın FDR’si ve lastik çapıyla aracın teorik maksimum hızını hesaplayabilirsiniz. Misal 184km/s çıktı benimki. Tabi bu değerin hiçbir anlama gelmediğini belirtmek lazım. Dünyamız ideal değil, ben de 184km/s ile giden RC aracı kontrol edebilir miyim bilmiyorum. Zaten KKTC’deki yarışımızda gördüğüm kadarıyla pek 184km/s ile gitmedi kendileri 🙂
Burada demonstrasyon amacıyla yaptığım gibi motoru yüksüz tam gaz çalıştırmayın, aynı şekilde aracı kaldırıp haldır huldur gaz da vermeyin! Normal çalışmada 77kRPM’e çıkmayacak bu motor;
Kolay gele.